본 발명은 설비 변경이나 중합물 개질 또는 첨가제 없이 작업성이 우수한 고 강도, 저수축 폴리에스테르 섬유를 제조함에 있어서, 폴리에스테르 칩을 용융 방사하고, 냉각 고화된 폴리에스테르 미연신사 필라멘트사를 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 고데트 롤러 이전에 통상적인 방사 유제를 부여(Kiss Roller 또는 Jet Oiler)한 다음 여섯 쌍의 고데트 롤러를 거치면서 연신 및 1차 열고정, 이완을 실시하고, 이어서 스트레치 공정을 거친 후 권취처리 한다.
본 발명은 폴리머의 고상 중합된 고유 점도 0.8 내지 0.85의 폴리에스테르 칩을 용융시켜 압출기 실린더 온도를 290 내지 390℃로 하고, 방사 빔 온도를 295 내지 315℃, 후드 온도를 350 내지 380℃, 냉풍 속도는 0.6m/s 내지 1.0m/s이며, 냉풍온도는 25℃인 조건을 제공한다
또한, 본 발명에서 폴리에스테르 원사의 물성인 고 강도, 저수축의 특성을 동시에 만족시키고 복굴절률 2.2 ×10-3이하이며, 폴리에스테르 미연신사를 다단 고데트 롤러에서 연신비 5.25 내지 5.35, 이완률 9.0% 내지 9.5, 권취 속도를 3,500m/min으로 하고 건열수축률(190℃×15분, 초하중 0.01g/d, 테스트라이트) 3.0%이하의 물성을 갖는 고강도 저수축 산업용 폴리에스테르 섬유 및 이의 제조방법이 제공된다.
이하, 본 발명을 직접 방사 연신 공정으로 고강도 및 저수축의 성질을 동시에 만족시키는 폴리에스테르 섬유를 3,500m/min의 권취 속도로 제조하기 위하여 적정 점도의 폴리에스테르 고상 중합 칩을 사용하여 용융 방사한 다음, 와인더에 권취하기까지 여러 쌍의 고데트 롤러를 거치며 연신-열고정-이완-권취의 과정을 거치 는 방법이다. 이 때 권취 속도 증가에 따른 방사장력 증가에 의한 잔여 연신성 감소 문제를 압출기의 실린더 온도, 기어 펌프 온도, 방사 빔 온도, 후드 온도, 냉풍 속도를 위 기재와 같은 조건으로 조절하여 적정 방사조건을 결정함으로써 해결하였고, 다단 고데트 롤러상에서 연신비 5.25 내지 5.35 및 이완률 9.0 내지 9.5%이내에서 유지하여 작업성이 우수하면서도 고강도 저수축 특성을 가지는 산업용 폴리에스테르 섬유를 3,500m/min의 권취 속도로 제조할 수 있는 방법을 수득한다.
본 발명의 목적에 따라 방사 구금을 통하여 나오는 폴리에스테르 용융물은 첫 번째 고데트 롤러 이전에는 냉각된 폴리에스테르 미연신사 상태이다. 이 폴리에스테르 미연신사는 첫 번째 고데트 롤러와 네 번째 롤러 사이에서 연신되며, 네 번째 고데트 롤러에서 1차 열고정 과정을 거친 후 네 번째 고데트 롤러와 다섯 번째 고데트 롤러사이에서 이완 공정, 그리고 다섯 번째 고데트 롤러와 여섯 번째 고데트 롤러사이에서 스트레치 과정을 거친 후 최종 권취된다. 여기서, 각각의 고유 점도가 0.80 내지 0.85인 고상 중합 폴리에스테르 칩을 사용하여 용융 방사하고, 연신비와 이완률의 변화를 달리하여 저수축의 특성을 유지하면서 고장력을 유지할 수있는 원사를 제조한다.
본 발명에서 압출기의 실린더 온도는 290 내지 310℃가 바람직하며, 실린더 온도가 290℃ 미만인 경우, 방사 장력 증가에 따른 복굴절률이 증가하여 최종 연사의 외관 핀사를 발생시키고, 실린더 온도가 315℃를 초과하는 경우에는 폴리에스테르 용융물의 열분해에 의해 외관이 불량해진다.
방사 빔 온도는 295 내지 315℃가 바람직하다. 빔 온도가 295℃ 미만인 경 우, 방사 장력 증가에 따른 복굴절률이 증가하여 최종 연신사의 외관 핀사를 발생시키고, 빔 온도 315℃를 초과하는 경우에는 기상열매의 압력이 높아져서 안정성의 문제가 발생한다.
후드 온도는 350 내지 380℃가 바람직하다. 후드 온도가 350℃ 미만인 경우, 방사장력 증가에 따른 복굴절률이 증가하여 최종 연신사의 외관 핀사를 발생시키고, 후드 온도가 380℃를 초과하는 경우에는 노즐면에서 용융상 필라멘트의 곡사현상이 심하며, 최종연신사의 외관 불량으로 이어진다.
냉풍 속도는 0.6 내지 1.0m/s가 바람직하다. 냉풍 속도가 0.6m/s 미만인 경우, 고화점이 방사 라인 하부로 옮겨짐에 따른 방사장력의 영향을 받는 유효 길이가 증가하여 폴리에스테르 미연신사 복굴절률이 증가하고, 잔여 연신성 감소에 기인하는 핀사가 발생하고, 1.0m/s를 초과하는 경우에는 용융상 필라멘트의 흔들림이 심하여 최종 연신사의 루프가 발생한다.
이와 같이, 복굴절률이 2.2 ×10-3이하인 폴리에스테르 미연신사를 다단 고데트 롤러에 통과시켜 연신비 5.25 내지 5.35 및 이완률 9 내지 9.5%로 한 다음 권취속도를 3,500m/min으로 하여 고강도 저수축 산업용 폴리에스테르 섬유를 연속식 공정으로 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 좀 더 구체적으로 상세하게 설명하지만, 이로써 본 발명의 범주나 범위를 국한하려는 것은 아니다.
폴리머의 고유 점도:
페놀/1,1,2,2-테트라클로로 에탄의 6:4 혼합 용매로 0.4% 폴리에스테르/용매 용액을 만들어 캐논사의 Auto Visc II 자동점도계로 표준 모세관을 통과하는 순수 용매의 유동시간에 대한 폴리에스테르/용매 용액의 유동시간을 측정한 후 아래의 빌메이어 근사식으로 계산하였다.
(수학식 1)
( C는 농도(g/100ml)이다)
원사의 강력과 절신:
ASTM D885를 기준으로 250mm의 시료를 80회/미터로 가연한 다음, 300mm/분의 속도로 인장 시험하여 측정하였다. 측정한 원사의 강력을 원사 9,000m의 무게로 나눈 값을 원사의 강도로 결정하였다.
최대 연신비:
연신비를 연속적으로 증가시킬 때 사절이 일어나는 시점에서의 연신비로 정의하였다.
수축률:
테스트라이트에서 시료에 0.01g/d의 하중을 가하면서 190℃에서 15분 방치 한 후의 길이차이의 백분률로 결정하였다.
외관:
권량 10kg 기준으로 권취 완료 후 선별에 적합한 조명아래에서 육안 판정한 결과이다.
연신비, 연신비 백분률, 이완률 및 Silk Factor는 아래 식 (2), (3), (4), (5)로 정의되어 진다.
연신비 = --- (2)
Silk Factor = 강도×
--- (5)
실시 예 1
고유 점도 0.84인 폴리에스테르 고상 중합 칩을 이용하여 압출기의 실린더 온도 290℃, 기어펌프 온도 330℃, 방사 빔 온도 310℃, 후드 온도 360℃의 조건하에서 용융상태의 필라멘트를 0.8m/s의 냉풍으로 냉각시켜 폴리에스테르 미연신사를 제조한 후, 권취속도 3500m/min에서 연신비 5.30, 이완률 9.0%로 하여 최종 연신사의 섬도 1,000데니어를 제조한다
표 1에 기재되어 있는 바와 같이, 최대 연신비 백분율(%)은 81.5로 연신되고, 수축률은 2.8이다.
실시 예 2 내지 6, 비교 예 1 내지 6
압출기의 실린더 온도, 기어펌프 온도, 방사 빔 온도, 후드 온도, 냉풍속도 및 연신비와 이완률을 다르게 하여 실시하였다.
|
실시예1 |
실시예2 |
실시예 3 |
실시예 4 |
실시예5 |
실시예6 |
실린더 온도(℃) |
290 |
295 |
300 |
290 |
310 |
290 |
기어펌프 온도(℃) |
330 |
330 |
330 |
380 |
330 |
330 |
빔 온도(℃) |
310 |
300 |
295 |
305 |
300 |
315 |
후드 온도(℃) |
360 |
370 |
360 |
380 |
380 |
350 |
냉풍속도(m/s) |
0.8 |
1.0 |
0.7 |
0.9 |
1.0 |
0.6 |
미연신사 복굴절률(×103) |
2.05 |
2.01 |
2.20 |
2.18 |
2.01 |
1.98 |
연신비 |
5.30 |
5.31 |
5.28 |
5.27 |
5.32 |
5.33 |
최대 연신비 |
6.5 |
6.6 |
6.4 |
6.4 |
6.6 |
6.6 |
연신비 백분률(%) |
81.5 |
80.5 |
82.5 |
82.3 |
80.6 |
80.8 |
이완률(%) |
9.0 |
9.2 |
9.1 |
9.3 |
9.4 |
9.4 |
강도(g/d) |
7.82 |
7.85 |
7.80 |
7.81 |
7.88 |
7.84 |
절신(%) |
22.0 |
21.8 |
22.3 |
22.1 |
21.7 |
21.6 |
Silk Factor |
36.7 |
36.7 |
36.8 |
36.7 |
36.7 |
36.4 |
수축률(%) |
2.8 |
2.9 |
2.7 |
2.8 |
3.0 |
2.9 |
외관 |
양호 |
양호 |
양호 |
양호 |
양호 |
양호 |
비교 예 1, 2의 경우에는 방사 온도가 너무 높게 설정되어 폴리에스테르 용융물의 열분해에 의한 것으로 추정되는 원인에 의하여 외관이 불량하였고, 특히, 비교 예 2의 경우에는 방사 빔의 온도가 너무 높아 기상열매의 압력이 너무 높아 안전상의 문제도 있었다.
비교 예 3은 후드 온도가 너무 높아, 노즐면에서 용융상 필라멘트의 곡사현상이 심하였으며, 최종 연신사의 외관불량으로 이어졌다.
비교 예 4는 방사장력이 낮은 상태에서 냉풍의 속도가 너무 높아 용융상 필라멘트의 흔들림이 심하였고, 최종 연신사 외관 검사 결과 많은 루프가 발견되었다. 반면에, 비교 예 5의 경우에는 방사온도 대비, 냉풍의 절대량이 낮아 고화점이 방사라인 하부로 옮겨짐에 따른 방사장력의 영향을 받는 유효 길이가 증가하여 미연신사 복굴절률이 증가하였고, 잔여 연신성 감소에 기인하는 핀사가 발생하였다.
비교예 6과 같이 전반적으로 방사온도를 낮춘 경우에는 방사장력 증가에 따른 복굴 절률 증가를 보여, 최종 연신사의 외관 핀사를 발생시켰다.
|
비교예1 |
비교예2 |
비교예 3 |
비교예 4 |
비교예5 |
비교예6 |
실린더 온도(℃) |
330 |
290 |
295 |
290 |
290 |
280 |
기어펌프 온도(℃) |
330 |
350 |
360 |
350 |
330 |
330 |
빔 온도(℃) |
290 |
318 |
308 |
310 |
305 |
280 |
후드 온도(℃) |
360 |
350 |
400 |
360 |
350 |
330 |
냉풍속도(m/s) |
0.8 |
0.9 |
1.0 |
1.2 |
0.4 |
0.5 |
미연신사 복굴절률(×103) |
1.80 |
1.92 |
2.01 |
2.04 |
2.68 |
3.31 |
연신비 |
5.4 |
5.35 |
5.33 |
5.3 |
5.25 |
5.20 |
최대 연신비 |
6.7 |
6.6 |
6.6 |
6.5 |
6.0 |
5.5 |
연신비 백분율(%) |
80.6 |
81.1 |
80.8 |
81.5 |
87.5 |
94.5 |
이완률(%) |
9.5 |
9.8 |
9.3 |
9.3 |
9.25 |
9.3 |
강도(g/d) |
7.68 |
7.72 |
7.78 |
7.82 |
7.79 |
7.75 |
절신(%) |
18.7 |
19.3 |
20.4 |
21.9 |
22.5 |
23.1 |
Silk Factor |
33.2 |
33.9 |
35.1 |
36.6 |
37.0 |
37.2 |
수축률(%) |
2.6 |
2.8 |
3.0 |
3.0 |
2.9 |
2.8 |
외관 |
핀사 |
핀사 |
핀사 |
루프 |
핀사 |
핀사 |
비교예 1, 2의 경우에는 방사 온도가 너무 높게 설정되어 폴리에스테르 용융물의 열분해 의한 것으로 추정되는 원인에 의하여 외관이 불량하였고, 특히, 비교 예 2의 경우에는 방사 빔의 온도가 너무 높아 기상열매의 압력이 너무 높아 안전상의 문제도 있었다.
비교 예 3은 후드 온도가 너무 높아, 노즐면에서 용융상 필라멘트의 곡사현상이 심하였으며, 최종 연신사의 외관불량으로 이어졌다.
비교 예 4는 방사장력이 낮은 상태에서 냉풍의 속도가 너무 높아 용융상 필라멘트의 흔들림이 심하였고, 최종 연신사 외관 검사 결과 많은 루프가 발견되었다. 반면에, 비교 예 5의 경우에는 방사온도 대비, 냉풍의 절대량이 낮아 고화점이 방사라인 하부로 옮겨짐에 따른 방사장력의 영향을 받는 유효 길이가 증가하여 미연신사 복굴절률이 증가하였고, 잔여 연신성 감소에 기인하는 핀사가 발생하였다.
비교 예 6과 같이 전반적으로 방사온도를 낮춘 경우에는 방사장력 증가에 따른 복굴절률 증가를 보여, 최종 연신사의 외관 핀사를 발생시켰다.